JP2005063676A - Cogeneration system of fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cogeneration system of a fuel cell having high efficiency and capable of efficiently continuously operating the system even after the heat storing amount of a hot water tank is made full. <P>SOLUTION: A cooling device (a fan 5 and a radiator 4) using the outside air is installed in a line L continuing from a hot water tank 3 to a heat exchanger 2, and an air line La introducing the air heated with cooling devices 4, 5 to an air electrode 1a of the fuel cell 1 is installed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は運転時に発生する排熱を熱交換器で温水として回収して給湯に利用する燃料電池のコージェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、上記燃料電池のコージェネレーションシステムでは、排熱で加熱した温水を貯湯タンクに貯蔵し、適宜給湯するようになっている。
ここで、燃料電池は起動や停止に際して或る程度の時間とエネルギーとを要するため、できるだけ連続運転した方が好ましい。しかし、給湯量（給湯需要）が少ないと、貯湯タンク内に蓄積された熱容量が最大値（満タン）となってしまうため、それ以上運転ができなくなり、燃料電池は停止してしまう。
この様な事態（貯湯タンクの蓄熱量が満タンとなり、燃料電池が停止する事態）を防止するため、熱回収水をラジエータで冷却する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、通常、燃料電池のコージェネレーションシステムは、燃料電池本体と電力変換装置と貯湯タンクと熱交換器等の構成要素がユニットとしてハウジング内に収納されており、そのハウジングには換気ファンが設けられている。そのためにその換気ファンを用いて電力変換装置を冷却する技術が知られている（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２５９８２号公報
【特許文献２】
特開２００２−８６８７号公報
【０００５】
しかし、前者（特許文献１）は、燃料電池へ送られる水の持っている熱は大気中に放出され、有効に利用されない。又、水の冷却時にラジエータが電力を消費するため、燃料電池による発電電力の有効利用分が減少してしまい、システム外からラジエータに電力供給しても、省エネルギーの観点から好ましくない。
更に冷却の必要性を判断するための温度センサ等の検出器や制御装置、流路切換えのための三方弁、ラジエータへの電源供給及びラジエータ制御のための配線等が必要であり、複雑なシステム構成となる。
【０００６】
一方、後者（特許文献２）は、燃料電池システム内の電力変換用冷却水の冷却を対象とするもので、本件の目的とする熱回収水の冷却とは異なる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、効率的に優れている燃料電池のコージェネレーションシステムを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、貯湯タンクの蓄熱量が最大の満タンになっても効率のよい連続運転が出来る燃料電池のコージェネレーションシステムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、燃料電池（１）とその燃料電池（１）の排ガスの熱交換器（２）とがユニット（１０Ａ）として形成され、そして貯湯タンク（３）からのライン（Ｌ１）が前記熱交換器（２）に接続されている燃料電池のコージェネレーションシステム（Ａ）において、前記貯湯タンク（３）から前記熱交換器（２）に至るライン（Ｌ１）に外気による冷却装置（ファン５とラジエータ４）を設け、その冷却装置（４、５）で加熱された空気を燃料電池（１）の空気極（１ａ）に導く空気ライン（Ｌａ１）を設けたことを特徴としている（請求項１；図１）。
【００１０】
そのように構成された本発明の燃料電池のコージェネレーションシステム（Ａ）によれば、貯湯タンク（３）から前記熱交換器（２）に至るライン（Ｌ１）に設けた冷却装置（ファン５とラジエータ４）で加熱された空気を、空気ライン（Ｌａ１）を介して燃料電池（１）の空気極（１ａ）に導くことが出来る。
【００１１】
さらに本発明によれば、燃料電池（１）とその燃料電池の排ガスの熱交換器（２）とがユニット（１０Ｂ）として形成され、そして貯湯タンク（３）からのライン（Ｌ１）が前記熱交換器（２）に接続されている燃料電池のコージェネレーションシステム（Ｂ）において、前記貯湯タンク（３）から前記熱交換器（２）に至るライン（Ｌ１）に外気による冷却装置（４、５）を設け、その冷却装置（４、５）で加熱された空気を改質器（６）に導く空気ライン（Ｌａ２）を（設け、その改質器から水素リッチガスを燃料電池に供給する水素供給ラインＬｈを）設けたことを特徴としている（請求項２；図２）。
【００１２】
そのように構成された本発明の燃料電池のコージェネレーションシステム（Ｂ）によれば、貯湯タンク（３）から前記熱交換器（２）に至るライン（Ｌ１）に設けた冷却装置（ファン５とラジエータ４）で加熱された空気を空気ライン（Ｌａ２）を介して改質器（６）に導くことが出来る。
【００１３】
そして（請求項２に係る）本発明によれば、（改質器６に連通する）前記空気ライン（Ｌａ２）がさらに燃料電池（１）の空気極（１ａ）に接続（Ｌａ３）されているのが好ましい（請求項３；図３）。
【００１４】
そのように構成された本発明の燃料電池のコージェネレーションシステム（Ｃ）によれば、貯湯タンク（３）から前記熱交換器（２）に至るライン（Ｌ１）に設けた冷却装置（ファン５とラジエータ４）で加熱された空気を、空気ライン（Ｌａ２、Ｌａ３）を介して燃料電池（１）の空気極（１ａ）及び改質器（６）の双方に導くことが出来る。
【００１５】
また本発明によれば、前記空気ライン（Ｌａ２）にインバータ（７）による加熱手段（８）が設けられているのが好ましい（請求項４；図４）。
【００１６】
そのように構成された本発明の燃料電池のコージェネレーションシステム（Ｃ）によれば、貯湯タンク（３）から前記熱交換器（２）に至るライン（Ｌ１）に設けた冷却装置（ファン５とラジエータ４）で加熱された空気を、更にインバータ（７）による加熱手段（８）で昇温して空気ライン（Ｌａ２、Ｌａ３）を介して燃料電池（１）の空気極（１ａ１）及び改質器（６）の双方に導くことが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以上図面に従って本発明の実施の形態を説明する。
先ず、図１を参照して第１実施形態を説明する。
【００１８】
図１において、燃料電池ユニット１０Ａは、燃料電池本体（スタック）１と、その燃料電池本体（スタック）１の排熱を利用した第１の熱交換器２と、ラジエータ４及び電動ファン５からなる冷却装置４５と、電力変換装置９とで構成されている。
ここで、電動ファン５は、ライジエータ４における冷却用の手段として作用するが、それに加えて、燃料電池ユニット１０Ａ内の換気を行う手段としても作用する様に構成することが可能である。
【００１９】
一方、貯湯タンク３の下部にはラインＬ１が接続され、そのラインＬ１は前記ラジエータ４を経由して前記第１の熱交換器２の入口側に連通されている。そして、第１の熱交換器２の出口側と前記貯湯タンク３の上部はラインＬ２によって連通されている。
【００２０】
又、ラインＬ１及びＬ２を介して貯湯タンク３と第１の熱交換器２とをお湯が循環する際に、ラジエータ４でお湯から熱を受け、その熱は空気ラインＬａ１によって燃料電池本体（スタック）１の空気極１ａに導かれている。
なお、図示はされていないが、空気ラインＬａ１を分岐して、分岐したラインを燃料電池本体（スタック）１の空気極１ａへ空気を供給する以外の目的、例えば、燃料電池ユニット１０Ａ内の換気等の用途に供する様に構成することも可能である。
【００２１】
前記燃料電池本体（スタック）１と第１の熱交換器２は、循環ラインＬ３によって冷却水が循環可能なように配管されている。そして、上述の構成全体で燃料電池のコージェネレーションシステムＡが構成されている。
【００２２】
そのように構成された第１実施形態の燃料電池のコージェネレーションシステムＡによれば、ラインＬ１及びＬ２を介して貯湯タンク３と第１の熱交換器２を循環する水（お湯）は第１の熱交換器２内で熱交換されて冷却されるため、貯湯タンク２の蓄熱量が満タンとなった場合でも、燃料電池の運転を継続することが出来る。
一方、貯湯タンク３から前記熱交換器２に至るラインＬ１に設けたラジエータ４で加熱された空気は、空気ラインＬａ１を介して燃料電池１の空気極１ａに導かれ、燃料電池１に熱を与えるため、燃料電池１の排熱回収効率は上がる。
換言すれば、貯湯タンクから燃料電池に送られた水が持っている熱を外気に捨てず、熱の有効利用が行われている。
更に、冷却水の必要性を判断するための温度センサ等の検出手段や制御装置、流路を切換えるための三方弁等が不要となり、システム構成を簡素化出来る。
又、水の冷却に関する配線（電源供給や制御等）が不要となる。
【００２３】
次に図２を参照して、第２実施形態を説明する。
【００２４】
図２において、燃料電池ユニット１０Ｂは、燃料ガスから水素ガスを生成する改質器６と、生成された水素（リッチ）ガスが水素供給ラインＬｈを介して燃料電池の燃料極１ｂに投入され電力を発生させる燃料電池本体（スタック）１と、その燃料電池本体（スタック）１の排熱を利用した第１の熱交換器２と、ラジエータ４及び電動ファン５からなる冷却装置４５とで構成されている。
図２においても、電動ファン５は、ライジエータ４における冷却用の手段として作用するが、それに加えて、燃料電池ユニット１０Ａ内の換気を行う手段としても作用する様に構成することが可能である。
また、図示はされていないが、空気ラインＬａ１を分岐して、分岐したラインを燃料電池本体（スタック）１の空気極１ａへ空気を供給する以外の目的、例えば、燃料電池ユニット１０Ａ内の換気等の用途に供する様に構成することも可能である。
【００２５】
一方、貯湯タンク３の下部にはラインＬ１が接続され、そのラインＬ１は前記ラジエータ４を経由して前記第１の熱交換器２の入口側に連通されている。そして、第１の熱交換器２の出口側と前記貯湯タンク３の上部はラインＬ２によって連通されている。
【００２６】
又、ラインＬ１及びＬ２を介して貯湯タンク３と第１の熱交換器２とをお湯が循環する際に、ラジエータ４でお湯から熱を受け、その熱は空気ラインＬａ２によって前記改質器６に導かれている。尚、前記改質器６で発生する排熱Ｈは熱交換器７で回収される。
【００２７】
前記燃料電池本体１と第１の熱交換器２は、循環ラインＬ３によって媒体（流体）が循環可能なように配管されている。そして、上述の構成全体で燃料電池のコージェネレーションシステムＢが構成されている。
【００２８】
そのように構成された第２実施形態の燃料電池のコージェネレーションシステムＢによれば、ラインＬ１及びＬ２を介して貯湯タンク３と第１の熱交換器２を循環する水（お湯）がラジエータ４で熱交換されて冷却されるため、貯湯タンク２の蓄熱量が満タンとなった場合でも、燃料電池の運転を継続することが出来る。
一方、貯湯タンク３から前記熱交換器２に至るラインＬ１に設けたラジエータ４で加熱された空気は、空気ラインＬａ２を介して改質器６に導かれる。そして改質器６は、加熱された空気を燃焼用空気として用いることが出来る。ここで、（ラジエータ４から）燃焼用空気に投入された熱量の分だけ、改質器６における燃焼による加熱量が減少し、その結果、改質器６の燃料消費量が減少或いは節約され、水素ガスの製造効率が向上するのである。
【００２９】
次に、図３を参照して第３実施形態を説明する。
【００３０】
図２の第２実施形態はラジエータ４に接続された空気ラインＬａ１が改質器６側のみに接続されている実施形態である。
それに対して、図３の第３実施形態は、空気ラインＬａ２を途中で分岐させ、本来の空気ラインＬａ２は、改質器６側に、また、分岐した分岐ラインＬａ３側は燃料電池１の空気極１ａに夫々接続させた実施形態である。分岐した分岐ラインＬａ３側を燃料電池１の空気極１ｂにも接続した点以外は、図２の第２実施形態と実質的に同様である。
【００３１】
そのように空気ラインＬａ２，Ｌａ３を改質器６側と燃料電池本体１側の双方に接続することにより、更に改質器６の水素ガス製造効率及び燃料電池の排熱回収効率が向上する。
なお、図３においても、電動ファン５は、ライジエータ４における冷却用の手段として作用するが、それに加えて、燃料電池ユニット１０Ａ内の換気を行う手段としても作用する様に構成することが可能である。
また、図示はされていないが、空気ラインＬａ１を分岐して、分岐したラインを燃料電池本体（スタック）１の空気極１ａへ空気を供給する以外の目的、例えば、燃料電池ユニット１０Ａ内の換気等の用途に供する様に構成することが可能である。
図３の実施形態においても、ラジエータ４で加熱された空気は、空気ラインＬａ２を介して改質器６に導かれる。そして、加熱された空気は改質器６における燃焼用空気として用いられる。ここで、（ラジエータ４から）燃焼用空気に投入された熱量の分だけ、改質器６における燃焼による加熱量が減少する。その結果、改質器６の燃料消費量を減少或いは節約することが出来て、水素ガスの製造効率が向上するのである。
【００３２】
次に、図４を参照して第４実施形態を説明する。
【００３３】
図４の第４実施形態は、図３の第３実施形態に対して、空気ラインＬａ２に第２の熱交換器８を介装し、その第２の熱交換器８をインバータ７で加熱する様に構成した実施形態であり、その他については第３実施形態と実質的に同じである。
【００３４】
そのような図４の第４実施形態によれば、空気ラインＬａ２にインバータ７を加熱源とする第２の熱交換器８を介装することにより、図３の第３実施形態に比べて、更に改質器６の水素ガス製造効率及び燃料電池の排熱回収効率が向上する。
ここで、図４においても、電動ファン５は、ライジエータ４における冷却用の手段として作用するが、それに加えて、燃料電池ユニット１０Ａ内の換気を行う手段としても作用する様に構成することが可能である。
また、図示はされていないが、空気ラインＬａ１を分岐して、分岐したラインを燃料電池本体（スタック）１の空気極１ａへ空気を供給する以外の目的、例えば、燃料電池ユニット１０Ａ内の換気等の用途に供する様に構成することが可能である。
図４の実施形態においても、ラジエータ４で加熱された空気は、空気ラインＬａ２を介して改質器６に導かれる。そして、加熱された空気は改質器６における燃焼用空気として用いられる。ここで、（ラジエータ４から）燃焼用空気に投入された熱量の分だけ、改質器６における燃焼による加熱量を抑制することが出来る。その結果、改質器６の燃料消費量を減少或いは節約することが出来て、水素ガスの製造効率が向上するのである。
【００３５】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的内容を減縮する趣旨の記述ではないことを付記する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１） ラインを介して貯湯タンクと熱交換器を循環する水（お湯）はラジエータ内で熱交換されて冷却されるため、貯湯タンクの蓄熱量が満タンとなった場合でも、燃料電池を継続して運転できる。同時に、貯湯タンクから燃料電池に送られた水が持っている熱を外気に捨てず、熱の有効利用が行われている。
（２） 冷却水の必要性を判断するための温度センサ等の検出手段や制御装置、流路を切換えるための三方弁等が不要となり、システム構成を簡素化出来るとともに、水の冷却に関する配線（電源供給や制御等）が不要となる。
（３） 貯湯タンクから熱交換器に至るラインに設けたラジエータで加熱された空気は、空気ラインを介して燃料電池の空気極に導かれ、燃料電池に熱を与えるため、燃料電池の排熱回収効率が向上する。
（４） 貯湯タンクから熱交換器に至るラインに設けたラジエータで加熱された空気は、空気ラインを介して改質器に導かれ、改質器に熱を与えるため、改質器の水素ガス製造効率が向上する。
（５） ラジエータで加熱された空気を、空気ラインを介して改質器側と燃料電池本体側の双方に接続することにより、更に、改質器の水素ガス製造効率及び燃料電池の排熱回収効率が向上する。
（６） 空気ラインにインバータを加熱源とする第２の熱交換器を介装することにより、更に、改質器の水素ガス製造効率及び燃料電池の排熱回収効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２実施形態におけるコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第３実施形態におけるコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第４実施形態におけるコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・コージェネレーションシステム
Ｌ１、Ｌ２・・・ライン
Ｌ３・・・循環ライン
Ｌａ１〜Ｌａ３・・・空気ライン
Ｌｈ・・・水素供給ライン
１・・・燃料電池
２・・・熱交換器
３・・・貯湯槽／貯湯タンク
４・・・ラジエータ
５・・・電動ファン
６・・・改質器
７・・・インバータ
８・・・熱交換器
４５・・・冷却装置
１０Ａ〜１０Ｄ・・・燃料電池ユニット[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a fuel cell cogeneration system in which exhaust heat generated during operation is recovered as hot water by a heat exchanger and used for hot water supply.
[0002]
[Prior art]
As is well known, in the fuel cell cogeneration system, hot water heated by exhaust heat is stored in a hot water storage tank and appropriately supplied with hot water.
Here, since the fuel cell requires a certain amount of time and energy for starting and stopping, it is preferable that the fuel cell is continuously operated as much as possible. However, if the amount of hot water supply (hot water supply demand) is small, the heat capacity accumulated in the hot water storage tank becomes the maximum value (full tank), so that further operation is impossible and the fuel cell stops.
In order to prevent such a situation (a situation where the amount of heat stored in the hot water storage tank becomes full and the fuel cell stops), a technique for cooling the heat recovery water with a radiator is known (see Patent Document 1).
[0003]
In general, a cogeneration system for a fuel cell includes components such as a fuel cell body, a power converter, a hot water storage tank, a heat exchanger, and the like housed in a housing, and the housing is provided with a ventilation fan. ing. Therefore, a technology for cooling the power conversion device using the ventilation fan is known (Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-325982 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-8687
However, in the former (Patent Document 1), the heat possessed by the water sent to the fuel cell is released into the atmosphere and cannot be used effectively. In addition, since the radiator consumes electric power when water is cooled, the effective use of the power generated by the fuel cell is reduced, and even if power is supplied to the radiator from outside the system, it is not preferable from the viewpoint of energy saving.
In addition, a complex system that requires a detector and control device such as a temperature sensor for judging the necessity of cooling, a three-way valve for switching the flow path, power supply to the radiator and wiring for controlling the radiator, etc. It becomes composition.
[0006]
On the other hand, the latter (Patent Document 2) is intended for cooling of cooling water for power conversion in the fuel cell system, and is different from the cooling of the heat recovery water intended for this case.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell cogeneration system that is excellent in efficiency.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a fuel cell cogeneration system capable of efficient continuous operation even when the amount of heat stored in the hot water storage tank is full.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the fuel cell (1) and the heat exchanger (2) for the exhaust gas of the fuel cell (1) are formed as a unit (10A), and the line (L1) from the hot water storage tank (3) is formed. In the cogeneration system (A) of the fuel cell connected to the heat exchanger (2), a cooling device (fan) by outside air is connected to the line (L1) from the hot water storage tank (3) to the heat exchanger (2). 5 and a radiator 4) and an air line (La1) for guiding the air heated by the cooling device (4, 5) to the air electrode (1a) of the fuel cell (1). Item 1; FIG. 1).
[0010]
According to the fuel cell cogeneration system (A) of the present invention thus configured, the cooling device (with the fan 5 and the cooling device) provided in the line (L1) from the hot water storage tank (3) to the heat exchanger (2). The air heated by the radiator 4) can be guided to the air electrode (1a) of the fuel cell (1) through the air line (La1).
[0011]
Furthermore, according to the present invention, the fuel cell (1) and the heat exchanger (2) for the exhaust gas of the fuel cell are formed as a unit (10B), and the line (L1) from the hot water storage tank (3) In the fuel cell cogeneration system (B) connected to the exchanger (2), a cooling device (4, 5) is connected to the line (L1) from the hot water storage tank (3) to the heat exchanger (2) by outside air. ) And an air line (La2) for introducing the air heated by the cooling device (4, 5) to the reformer (6) (providing and supplying hydrogen-rich gas from the reformer to the fuel cell) Line Lh) is provided (Claim 2; FIG. 2).
[0012]
According to the fuel cell cogeneration system (B) of the present invention thus configured, the cooling device (with the fan 5 and the fan 5) provided in the line (L1) from the hot water storage tank (3) to the heat exchanger (2). The air heated by the radiator 4) can be led to the reformer (6) via the air line (La2).
[0013]
According to the present invention (according to claim 2), the air line (La2) (communicating with the reformer 6) is further connected (La3) to the air electrode (1a) of the fuel cell (1). (Claim 3; FIG. 3).
[0014]
According to the fuel cell cogeneration system (C) of the present invention thus configured, a cooling device (with a fan 5 and a fan 5) provided in a line (L1) from the hot water storage tank (3) to the heat exchanger (2). The air heated by the radiator 4) can be led to both the air electrode (1a) and the reformer (6) of the fuel cell (1) via the air lines (La2, La3).
[0015]
According to the present invention, it is preferable that the air line (La2) is provided with heating means (8) by an inverter (7) (Claim 4; FIG. 4).
[0016]
According to the fuel cell cogeneration system (C) of the present invention thus configured, a cooling device (with a fan 5 and a fan 5) provided in a line (L1) from the hot water storage tank (3) to the heat exchanger (2). The air heated by the radiator 4) is further heated by the heating means (8) by the inverter (7), and the air electrode (1a1) and the reforming of the fuel cell (1) through the air lines (La2, La3). Can be led to both vessels (6).
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment will be described with reference to FIG.
[0018]
In FIG. 1, the fuel cell unit 10 </ b> A includes a fuel cell main body (stack) 1, a first heat exchanger 2 using exhaust heat of the fuel cell main body (stack) 1, a radiator 4 and an electric fan 5. It comprises a cooling device 45 and a power conversion device 9.
Here, the electric fan 5 acts as a cooling means in the radiator 4, but in addition, it can be configured to act as a means for ventilating the fuel cell unit 10A.
[0019]
On the other hand, a line L 1 is connected to the lower part of the hot water storage tank 3, and the line L 1 communicates with the inlet side of the first heat exchanger 2 via the radiator 4. And the exit side of the 1st heat exchanger 2 and the upper part of the said hot water storage tank 3 are connected by the line L2.
[0020]
When hot water circulates between the hot water storage tank 3 and the first heat exchanger 2 via the lines L1 and L2, the radiator 4 receives heat from the hot water, and the heat is received by the air line La1 through the fuel cell body (stack). ) 1 is led to the air electrode 1a.
Although not shown, the air line La1 is branched and the branch line is used for purposes other than supplying air to the air electrode 1a of the fuel cell body (stack) 1, for example, ventilation in the fuel cell unit 10A. It can also be configured to be used for such applications.
[0021]
The fuel cell body (stack) 1 and the first heat exchanger 2 are piped so that cooling water can be circulated by a circulation line L3. And the fuel cell cogeneration system A is comprised by the above-mentioned whole structure.
[0022]
According to the fuel cell cogeneration system A of the first embodiment configured as described above, the water (hot water) circulating through the hot water storage tank 3 and the first heat exchanger 2 via the lines L1 and L2 is the first. Therefore, even when the amount of heat stored in the hot water storage tank 2 is full, the fuel cell can be operated.
On the other hand, the air heated by the radiator 4 provided in the line L1 extending from the hot water storage tank 3 to the heat exchanger 2 is guided to the air electrode 1a of the fuel cell 1 through the air line La1 and heats the fuel cell 1. Therefore, the exhaust heat recovery efficiency of the fuel cell 1 is increased.
In other words, the heat of water sent from the hot water storage tank to the fuel cell is not thrown away into the outside air, and the heat is effectively used.
Furthermore, a detection means such as a temperature sensor for determining the necessity of cooling water, a control device, a three-way valve for switching the flow path, and the like are not necessary, and the system configuration can be simplified.
In addition, wiring related to water cooling (power supply, control, etc.) becomes unnecessary.
[0023]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
[0024]
In FIG. 2, the fuel cell unit 10B includes a reformer 6 that generates hydrogen gas from fuel gas, and the generated hydrogen (rich) gas is supplied to the fuel electrode 1b of the fuel cell via the hydrogen supply line Lh. A fuel cell main body (stack) 1 that generates heat, a first heat exchanger 2 that uses exhaust heat from the fuel cell main body (stack) 1, and a cooling device 45 that includes a radiator 4 and an electric fan 5. ing.
Also in FIG. 2, the electric fan 5 acts as a cooling means in the radiator 4, but in addition, it can be configured to act as a means for ventilating the fuel cell unit 10A.
Although not shown, the air line La1 is branched, and the branch line is used for purposes other than supplying air to the air electrode 1a of the fuel cell body (stack) 1, for example, ventilation in the fuel cell unit 10A. It can also be configured to be used for such applications.
[0025]
On the other hand, a line L 1 is connected to the lower part of the hot water storage tank 3, and the line L 1 communicates with the inlet side of the first heat exchanger 2 via the radiator 4. And the exit side of the 1st heat exchanger 2 and the upper part of the said hot water storage tank 3 are connected by the line L2.
[0026]
In addition, when hot water circulates between the hot water storage tank 3 and the first heat exchanger 2 via the lines L1 and L2, the radiator 4 receives heat from the hot water, and the heat is supplied to the reformer 6 by the air line La2. Has been led to. The exhaust heat H generated in the reformer 6 is recovered by the heat exchanger 7.
[0027]
The fuel cell main body 1 and the first heat exchanger 2 are piped so that a medium (fluid) can be circulated by a circulation line L3. And the fuel cell cogeneration system B is comprised by the whole above-mentioned structure.
[0028]
According to the fuel cell cogeneration system B of the second embodiment configured as described above, water (hot water) circulating through the hot water storage tank 3 and the first heat exchanger 2 via the lines L1 and L2 is supplied to the radiator 4. Therefore, even when the amount of heat stored in the hot water storage tank 2 is full, the operation of the fuel cell can be continued.
On the other hand, the air heated by the radiator 4 provided in the line L1 from the hot water storage tank 3 to the heat exchanger 2 is guided to the reformer 6 through the air line La2. The reformer 6 can use the heated air as combustion air. Here, the amount of heat generated by combustion in the reformer 6 is reduced by the amount of heat input to the combustion air (from the radiator 4). As a result, the fuel consumption of the reformer 6 is reduced or saved, The production efficiency of hydrogen gas is improved.
[0029]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
[0030]
The second embodiment of FIG. 2 is an embodiment in which the air line La1 connected to the radiator 4 is connected only to the reformer 6 side.
On the other hand, in the third embodiment of FIG. 3, the air line La2 is branched halfway, the original air line La2 is on the reformer 6 side, and the branched branch line La3 side is the air of the fuel cell 1. This is an embodiment in which each is connected to the pole 1a. Except that the branched branch line La3 side is also connected to the air electrode 1b of the fuel cell 1, it is substantially the same as the second embodiment of FIG.
[0031]
Thus, by connecting the air lines La2 and La3 to both the reformer 6 side and the fuel cell main body 1 side, the hydrogen gas production efficiency of the reformer 6 and the exhaust heat recovery efficiency of the fuel cell are further improved.
In FIG. 3 as well, the electric fan 5 acts as a cooling means in the radiator 4, but in addition, it can be configured to act as a means for ventilating the fuel cell unit 10A. is there.
Although not shown, the air line La1 is branched, and the branch line is used for purposes other than supplying air to the air electrode 1a of the fuel cell body (stack) 1, for example, ventilation in the fuel cell unit 10A. It can be configured to be used for such applications.
Also in the embodiment of FIG. 3, the air heated by the radiator 4 is guided to the reformer 6 through the air line La2. The heated air is used as combustion air in the reformer 6. Here, the amount of heat generated by combustion in the reformer 6 is reduced by the amount of heat input to the combustion air (from the radiator 4). As a result, the fuel consumption of the reformer 6 can be reduced or saved, and the production efficiency of hydrogen gas can be improved.
[0032]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0033]
In the fourth embodiment shown in FIG. 4, the second heat exchanger 8 is interposed in the air line La <b> 2 and the second heat exchanger 8 is heated by the inverter 7 in the third embodiment shown in FIG. 3. The other configuration is substantially the same as that of the third embodiment.
[0034]
According to such 4th Embodiment of FIG. 4, compared with 3rd Embodiment of FIG. 3, by interposing the 2nd heat exchanger 8 which uses the inverter 7 as a heating source in air line La2, Furthermore, the hydrogen gas production efficiency of the reformer 6 and the exhaust heat recovery efficiency of the fuel cell are improved.
Here, in FIG. 4 as well, the electric fan 5 acts as a cooling means in the radiator 4, but in addition, it can be configured to act as a means for ventilating the fuel cell unit 10A. It is.
Although not shown, the air line La1 is branched, and the branch line is used for purposes other than supplying air to the air electrode 1a of the fuel cell body (stack) 1, for example, ventilation in the fuel cell unit 10A. It can be configured to be used for such applications.
Also in the embodiment of FIG. 4, the air heated by the radiator 4 is guided to the reformer 6 through the air line La2. The heated air is used as combustion air in the reformer 6. Here, the amount of heat generated by combustion in the reformer 6 can be suppressed by the amount of heat input to the combustion air (from the radiator 4). As a result, the fuel consumption of the reformer 6 can be reduced or saved, and the production efficiency of hydrogen gas can be improved.
[0035]
It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example, and is not a description of reducing the technical contents of the present invention.
[0036]
【The invention's effect】
The effects of the present invention are listed below.
(1) The water (hot water) that circulates between the hot water storage tank and the heat exchanger via the line is cooled by heat exchange in the radiator, so even if the heat storage amount in the hot water storage tank is full, the fuel cell You can continue to drive. At the same time, the heat of the water sent from the hot water storage tank to the fuel cell is not thrown away into the outside air, and the heat is effectively used.
(2) Detection means such as a temperature sensor for determining the necessity of cooling water, a control device, a three-way valve for switching the flow path, etc. are not required, and the system configuration can be simplified and wiring for water cooling ( Power supply, control, etc.) become unnecessary.
(3) Since the air heated by the radiator provided in the line from the hot water storage tank to the heat exchanger is led to the air electrode of the fuel cell through the air line and gives heat to the fuel cell, the exhaust heat of the fuel cell Recovery efficiency is improved.
(4) The air heated by the radiator provided in the line from the hot water storage tank to the heat exchanger is led to the reformer through the air line and gives heat to the reformer. Manufacturing efficiency is improved.
(5) By connecting the air heated by the radiator to both the reformer side and the fuel cell body side via the air line, the hydrogen gas production efficiency of the reformer and the exhaust heat recovery of the fuel cell are further improved. Efficiency is improved.
(6) By interposing the second heat exchanger having the inverter as a heating source in the air line, the hydrogen gas production efficiency of the reformer and the exhaust heat recovery efficiency of the fuel cell are further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a cogeneration system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a cogeneration system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a cogeneration system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a cogeneration system according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
A, B, C, D ... Cogeneration system L1, L2 ... Line L3 ... Circulation line La1-La3 ... Air line Lh ... Hydrogen supply line 1 ... Fuel cell 2 ... -Heat exchanger 3 ... Hot water tank / hot water tank 4 ... Radiator 5 ... Electric fan 6 ... Reformer 7 ... Inverter 8 ... Heat exchanger 45 ... Cooling device 10A -10D ... Fuel cell unit

Claims (4)

燃料電池とその燃料電池の排ガスの熱交換器とがユニットとして形成され、そして貯湯タンクからのラインが前記熱交換器に接続されている燃料電池のコージェネレーションシステムにおいて、前記貯湯タンクから前記熱交換器に至るラインに外気による冷却装置を設け、その冷却装置で加熱された空気を燃料電池の空気極に導く空気ラインを設けたことを特徴とする燃料電池のコージェネレーションシステム。In a fuel cell cogeneration system in which a fuel cell and a heat exchanger for exhaust gas from the fuel cell are formed as a unit, and a line from the hot water tank is connected to the heat exchanger, the heat exchange from the hot water tank A fuel cell cogeneration system, characterized in that a cooling device using outside air is provided in a line leading to the vessel, and an air line is provided for guiding the air heated by the cooling device to the air electrode of the fuel cell. 燃料電池とその燃料電池の排ガスの熱交換器とがユニットとして形成され、そして貯湯タンクからのラインが前記熱交換器に接続されている燃料電池のコージェネレーションシステムにおいて、前記貯湯タンクから前記熱交換器に至るラインに外気による冷却装置を設け、その冷却装置で加熱された空気を改質器に導く空気ラインを設けたことを特徴とする燃料電池のコージェネレーションシステム。In a fuel cell cogeneration system in which a fuel cell and a heat exchanger for exhaust gas from the fuel cell are formed as a unit, and a line from the hot water tank is connected to the heat exchanger, the heat exchange from the hot water tank The fuel cell cogeneration system is characterized in that a cooling device using outside air is provided in a line leading to the reactor, and an air line for guiding the air heated by the cooling device to the reformer is provided. 前記空気ラインがさらに燃料電池の空気極に接続されている請求項２の燃料電池のコージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to claim 2, wherein the air line is further connected to an air electrode of the fuel cell. 前記空気ラインにインバータによる加熱手段が設けられている請求項１〜３の燃料電池のコージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to claim 1, wherein heating means by an inverter is provided in the air line.
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